Korrosionsprobleme im Bootssport

Die fachspezifischen Vorgaben

Verzinken von Ankerketten

Zunächst erhalten die Schüler(innen) einen Text, in dem es um Korrosion allgemein geht, speziell um die Korrosion von Eisen. Zunächst entsteht Eisen(II)-hydroxid Fe(OH)₂, das dann aber weiter zu Eisen(III)-oxidhydroxid FeO(OH) oxidieren kann. Diese Verbindung wird dann im Alltag als "Rost" bezeichnet.

Ankerketten sind besonders korrosionsgefährdet, weil sie dem salzigen Seewasser ständig ausgesetzt sind. Um solche Ketten gegen Korrosion zu schützen, werden sie meistens verzinkt, und zwar durch Galvanisieren. In diesem Zusammenhang wird auch der Galvanisierungsprozess erklärt: Die Ankerkette wird in die Lösung eines Zink(II)-Salzes mit Zn²⁺-Ionen eingetaucht und dann mit dem Minuspol einer Gleichstromquelle verbunden. Als Pluspol verwendet man ein Zinkblech.

Es wird dann ein Experiment vorgestellt, bei dem eine 80 kg schwere Eisenkette 4 Tage lang bei konstanter Stromstärke verzinkt wurde. Als man die Eisenkette danach auf die Waage legte, stellte man ein Gewicht von 80,645 kg fest.

Opferanoden

Hier wird den Schüler(innen) der Begriff der Opferanode erklärt. Um die Korrosion von Schiffsrümpfen zu verhindert, stattet man diese mit kleinen Blöcken aus Magnesium oder Zink aus. Die Wirkung einer solchen Opferanode wird dann in einem zweiten Experiment untersucht.

Zusatzinformationen

In den Zusatzinformationen werden den Schüler(innen) folgende Fakten mitgeteilt:

Kaliumhexacyanoferrat(III) bildet bei Anwesenheit von Fe²⁺-Ionen ein blaues Produkt und bei Anwesenheit von Zn²⁺-Ionen einen schwerlöslichen, gelblich-weißen Niederschlag. Phenolphthalein färbt sich bei Anwesenheit von Hydroxid-Ionen purpur.

Außerdem erfahren die Schüler(innen) die Molare Masse von Zink, den Wert der Faraday-Konstante und erhalten eine Formulierung des Faraday-Gesetzes.

Am Ende der Zusatzinformationen findet sich eine kleine Tabelle mit den Redoxreaktionen von Zink, Eisen und Sauerstoff sowie den entsprechenden Standardredoxpotenzialen.

Im Anhang findet sich schließlich eine Zeichnung mit einem Eisenstück, auf dem sich ein Wassertropfen befindet und auch schon etwas Eisen(II)-hydroxid.

Aufgabenstellung

Aufgabe 1

1. Die Schüler(innen) sollen hier am Beispiel des Eisens den Begriff der Korrosion erklären.
2. Dazu müssen auch die Reaktionsgleichungen angegeben werden, die beim Rosten von Eisen ablaufen.
3. In der letzten Teilaufgabe soll die Abbildung im Anhang durch Formeln und Teilgleichungen* ergänzt werden.

Aufgabe 2

1. Hier sollen die Schüler(innen) eine Zeichnung erstellen, die einen Versuch zur Galvanisierung von Eisen zeigt.
2. Anhand von Teilgleichungen* sollen die Reaktionen verdeutlicht werden, die beim Verzinken von Eisen ablaufen.
3. Jetzt wird es etwas schwerer: Die Schüler(innen) sollen die Stromstärke berechnen, mit der die Ankerkette in dem Experiment verzinkt wurde.

Aufgabe 3

1. Das Experiment zur Demonstration einer Opferanode soll mit Hilfe von Teilgleichungen* erläutert werden.
2. Dann soll allgemein der Begriff "Opferanode" erläutert werden.
3. Schließlich sollen die Schüler(innen) die Rahmenbedingungen diskutieren, "die zum Schutz des Eisens mit dieser Methode gewährleistet sein müssen."

*Teilgleichungen sind einmal der Oxidationsprozess, bei dem Elektronen abgegeben werden, und dann der Reduktionsprozess, bei dem Elektronen aufgenommen werden.

LK-Version

Die LK-Version der Aufgabe enthält eine zusätzliche Teilaufgabe und ein zusätzliches Material.

In der zusätzlichen Teilaufgabe soll die Spannung einer Konzentrationszelle berechnet werden. Das Auftreten der Spannung sowie das Ergebnis bzw. das Vorgehen bei der Berechnung sollen begründet werden. Mit der NERNST-Gleichung sollte man dabei vertraut sein, man sollte also in der Lage sein, die Spannung einer Halbzelle abhängig von der Konzentration des Elektrolyten zu berechnen. Allerdings muss man die Gleichung nicht auswendig können, sie wird im Material zur Verfügung gestellt.